Βιοτεχνολογία
Αξιοποίηση των Δομών Ροταξάνης για Επόμενες Γενιές Συστημάτων Απελευθέρωσης στην Ιατρική και την Τεχνολογία
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Παράδοση Φαρμάκων και Αυτο-Επιδιορθωτικά Υλικά με Ροταξάνη
Η παράδοση μορίων σε ακριβές σημείο αποτελεί πολύ δύσκολη εργασία, αλλά είναι απαραίτητη για πολλά φάρμακα, όπως οι θεραπείες κατά του καρκίνου, ώστε να λειτουργούν. Μέχρι τώρα, τα περισσότερα συστήματα παράδοσης περιορίζονταν σε ενεργοποίηση μέσω χημικών αλληλεπιδράσεων ή παρουσίαζαν χαμηλή απόδοση. Παρομοίως, τα αυτο-επισκευαζόμενα υλικά θα έπρεπε να απελευθερώνουν το σύστημα επισκευής όταν εκτίθενται σε μηχανικό στρες. Χάρη σε μια νέα μοριακή δομή που ονομάζεται ροταξάνη, η οποία ανακαλύφθηκε από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ, Ηνωμένου Βασιλείου, και οι δύο αυτές καινοτομίες μπορεί να γίνουν πραγματικότητα.
Τι είναι το Ροταξάνη;
Τα ροταξάνια είναι αλληλοσυνδεδεμένα μόρια, με ένα κυκλικό μόριο (σχήμα ντόνατ) που έχει ένα μακρύτερο πολυμερές που περνάει από το κέντρο του.
Στην περίπτωση της ανακάλυψης του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ, χρησιμοποίησαν ένα μακρύ και πολύπλοκο μόριο που είναι ευαίσθητο σε μηχανική δύναμη.
Καθ’ όλη τη σειρά του μορίου, δέθηκαν τα λεγόμενα «μόρια φορτίου» ενδιαφέροντος, τα οποία φαίνονται μπλε στο σχήμα:
Πηγή: Nature
Όταν εφαρμόζεται δύναμη στο υλικό, το τμήμα σχήματος ντόνατ των ροταξανίων πιέζει και απελευθερώνει τα μόρια φορτίου.
Αυτό καθιστά το μοντέλο μορίου ροταξάνης έναν τέλειο ανιχνευτή δύναμης και μηχανισμό απελευθέρωσης ταυτόχρονα.
Πηγή: Nature
Βελτιωμένα Ροταξάνια
Η χημική απελευθέρωση που προκαλείται από δύναμη δεν αποτελεί καινούργια έννοια. Ωστόσο, τα προηγούμενα συστήματα περιορίζονταν στον αριθμό των μορίων που μπορούσαν να απελευθερώσουν, με μόνο ένα μόριο ανά ανιχνευτή δύναμης.
«Οι δυνάμεις είναι πανταχού παρούσες στη φύση και διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο σε διάφορες διαδικασίες. Στόχος μας ήταν να εκμεταλλευτούμε αυτές τις δυνάμεις για μετασχηματιστικές εφαρμογές, ιδιαίτερα στην ανθεκτικότητα των υλικών και στην παράδοση φαρμάκων.»
«Αν και πρόκειται μόνο για ένα proof‑of‑concept σχέδιο, πιστεύουμε ότι η προσέγγισή μας βασισμένη σε ροταξάνη διαθέτει τεράστιο δυναμικό με ευρείες εφαρμογές – βρισκόμαστε στο χείλος πραγματικά αξιοσημείωτων προόδων στην υγειονομική περίθαλψη και την τεχνολογία.» – Guillaume De Bo, Καθηγητής Οργανικής Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ
Εναλλακτικά, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στρατηγικές φυσικής εγκλεισμού για τη μεταφορά μεγαλύτερου φορτίου, αλλά αυτές συχνά υπόκεινται σε ανεπιθύμητη μη‑μηχανική απελευθέρωση.
Το νέο σχέδιο ροταξάνης μπορεί αντίθετα να απελευθερώνει πολλά μόρια ταυτόχρονα (έως 5) με ελεγχόμενο τρόπο.
Στην πράξη, η απελευθέρωση μπορεί να ενεργοποιηθεί είτε από μηχανικό στρες (π.χ. κτύπημα ή γρατσουνιά στην οθόνη ενός τηλεφώνου) είτε από στοχευμένο υπερηχογράφημα, επιτρέποντας την στοχευμένη απελευθέρωση φαρμάκου μόνο στο σημείο του όγκου.
Ένας άλλος περιορισμός του προηγούμενου συστήματος ήταν η περιορισμένη ποικιλία μορίων που μπορούσαν να απελευθερωθούν, καθιστώντας τα ακατάλληλα για καινοτόμα φάρμακα.
Οι ερευνητές έχουν αποδείξει στην επιστημονική τους δημοσίευση στο Nature ότι το σύστημά τους θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για φαρμακευτικές ενώσεις, φθορίζοντες δείκτες, καταλύτες και μονομερή, ανοίγοντας πολλές πιθανές εφαρμογές.
Επιπλέον, ένα τέτοιο σύστημα προσφέρει τη δυνατότητα απελευθέρωσης διαφορετικών μονάδων φορτίου σε καθορισμένη ακολουθία.
Εφαρμογές Ροταξάνιων
Βιοτεχνολογία
Η πιο άμεση εφαρμογή θα είναι στα συστήματα παράδοσης φαρμάκων. Προς το παρόν, αυτός ο τομέας κυριαρχείται από τη αυξανόμενη χρήση αντισώμα‑φάρμακο συνδυασμών.
Χάρη στην ακριβή φύση της υπερηχοθεραπείας, τα συστήματα παράδοσης βασισμένα σε ροταξάνη θα μπορούσαν να επιτρέπουν την παράδοση φαρμάκων μόνο σε συγκεκριμένα σημεία του σώματος. Το σύστημα έχει ήδη δοκιμαστεί για την παράδοση του δοξορουβικίνης, ενός ισχυρού ευρέος φάσματος χημειοθεραπευτικού παράγοντα.
Τα αρχικά αποτελέσματα έδειξαν 71 % απόδοση απελευθέρωσης με υπερηχοποίηση και 65 % στην δοκιμή με δοξορουβικίνη.
Αυτο‑επισκευαζόμενα Υλικά
Πολλά υλικά, από μέταλλα μέχρι πλαστικά, θα ωφεληθούν από τη δυνατότητα «αυτο‑επισκευής» όταν υφίστανται μηχανικό στρες, ρωγμές ή κρούσεις.
Επειδή τα ροταξάνια αντιδρούν σε μηχανική δύναμη μόνο στο σημείο του στρες, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την απελευθέρωση συστημάτων επισκευής ακριβώς εκεί που χρειάζονται, πριν η ζημιά γίνει πιο σοβαρή.
Αυτό θα μπορούσε να ανοίξει το ενδεχόμενο αυτο‑επισκευαζόμενων οθονών, μεταλλικών εξαρτημάτων ή ακόμη και σκυροδέματος.
Οι ιδιότητες αυτο‑επισκευής δεν θα διαρκέσουν για πάντα, αλλά θα μπορούσαν να βελτιώσουν σημαντικά την ανθεκτικότητα των υλικών. Ιδιαίτερα επειδή απαιτείται η ζημιά να επαναληφθεί στο ίδιο σημείο δύο φορές, όπου τα ροταξάνια θα έχουν ήδη εξαντληθεί, για να αποτύχουν οι ιδιότητες επισκευής.
Αισθητήρες & Ασφάλεια
Καθώς το νέο σύστημα ροταξάνης μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την απελευθέρωση φθορίζοντων δεικτών (και ενδεχομένως χρωματικών δεικτών), θα μπορούσε να λειτουργήσει ως «σύστημα προειδοποίησης» για ζημιές που διαφορετικά θα παρέμεναν αόρατες. Αυτό θα ήταν πολύ χρήσιμο για την αποκάλυψη μηχανικού στρες ή κόπωσης μετάλλων σε δομές και μηχανές πριν συμβεί μια πραγματικά καταστροφική διακοπή.
Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την επαλήθευση της ακεραιότητας μιας σφράγισης ή δοχείου, όπως σε φαρμακευτικά ή διατροφικά προϊόντα.
Εταιρείες Ροταξάνης
Τα ροταξάνια είναι, προς το παρόν, μια πολύ πειραματική κατηγορία μορίων που παράγονται και μελετώνται κυρίως σε εργαστήρια. Ωστόσο, ορισμένες εταιρείες πειραματίζονται με αυτο‑επισκευαζόμενα υλικά και παράδοση φαρμάκων με βάση το υπερηχογράφημα.
1. EXACT Therapeutics (EXTX)
Αυτή η νεοφυής βιοτεχνολογική εταιρεία αξιοποιεί τις ακουστικές θεραπείες της (Acoustic Cluster Therapy or ACT) για τη θεραπεία του καρκίνου, αυξάνοντας την πρόσληψη χημειοθεραπείας από τα καρκινικά κύτταρα.
Πηγή: Exact Therapeutics
Η εταιρεία βρίσκεται αυτή τη στιγμή στη φάση 2 κλινικών δοκιμών για τον καρκίνο του παγκρέατος και στη φάση 1 για ασθενείς με μεταστάσεις στο ήπαρ δευτερεύουσες από καρκίνο παχέος εντέρου.
Αυτή τη στιγμή χρησιμοποιεί αρνητικά φορτισμένες μικροφυσαλίδες και θετικά φορτισμένα μικροσταγονίδια, αλλά θα μπορούσε επίσης στο μέλλον να χρησιμοποιήσει ροταξάνια για ακόμη πιο συγκεντρωμένη και αποδοτική παράδοση φαρμάκων.
2. Arkema (AKE.PA)
Η γαλλική εταιρεία είναι κατασκευαστής χημικών προϊόντων, δημιουργημένη ως spin‑off από την πετροχημική εταιρεία Total, εστιάζοντας σε κόλλες, επιστρώσεις και προηγμένα υλικά, καθένα περίπου το 1/3 της συνολικής δραστηριότητας.
Ιδιαίτερα, εργάζεται πάνω σε αυτο‑επισκευαζόμενα ελαστομερή και καουτσούκ από το 2009.
Η εταιρεία δραστηριοποιείται σε πολλές χημικές κατηγορίες και χρησιμοποιείται σχεδόν σε όλες τις βιομηχανίες.
Πηγή: Arkema
Η στρατηγική της Arkema είναι να είναι ο κορυφαίος προμηθευτής σε κάθε νίτσο που καταλαμβάνει, καταλαμβάνοντας τις θέσεις #1 έως #3 παγκοσμίως σε 90 % του χαρτοφυλακίου.
Λαμβάνοντας υπόψη τη μακροχρόνια παρουσία στην αυτο‑επισκευή υλικών και το πολύτιμο πνευματικό απόκτημα της εταιρείας, θα μπορούσε να την κάνει κύριο υποψήφιο για την εμπορική υλοποίηση τεχνολογίας ροταξάνης στο μέλλον.
3. Autonomic Materials
Πηγή: Autonomic Materials
Η ιδιωτική εταιρεία εξειδικεύεται σε αυτο‑επισκευαζόμενα υλικά, ιδιαίτερα σε επιστρώσεις κατά της διάβρωσης, με ευρύ φάσμα εφαρμογών και βιομηχανιών.
Τα χημικά των επιστρώσεων της εταιρείας αντιδρούν αμέσως μόλις εμφανιστεί μικρο‑ρωγμή, αποτρέποντας την περαιτέρω εξάπλωση της ζημιάς. Εάν η ζημιά είναι πολύ μεγάλη, επανασφραγίζει επίσης τις άκρες της περιοχής ζημιάς, αποτρέποντας την απώλεια πρόσφυσης και την επακόλουθη αποκόλληση της επιστρώσης.
Η εταιρεία ισχυρίζεται ότι προσφέρει πολύ υψηλή απόδοση ενώ επιτυγχάνει πολύ χαμηλό επίπεδο εκπομπών ΠΕΑ (πτητικών οργανικών ενώσεων), κάτι που μπορεί να είναι τοξικό και να προκαλεί προβλήματα ασφαλείας σε βιομηχανικά περιβάλλοντα.
Πηγή: Autonomic Materials
